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Obtenção de um equilíbrio químico

Estratégias de ensino-aprendizagem

A reação entre o cobre e o ácido nítrico produz NO2, um gás castanho que sofre dimerização e forma o N2O4, um gás incolor, formando um equilíbrio químico entre eles.
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Introdução:

Um equilíbrio químico forma-se quando, em uma reação reversível, a velocidade da reação direta é a mesma que a da reação inversa. Nesse ponto, as concentrações individuais dos reagentes e dos produtos mantêm-se constantes, mas elas não são necessariamente iguais.

Algumas “pertubações” podem ser realizadas no sistema a fim de deslocar o equilíbrio, tais como a variação da concentração, da pressão e da temperatura. O princípio de Le Chatelier diz que quando se aplica alguma perturbação externa sobre um sistema químico em equilíbrio, ele irá se deslocar de forma a minimizar tal perturbação. Por exemplo, como explica o texto Variação da Temperatura e Deslocamento do Equilíbrio Químico, um aumento na temperatura favorecerá o deslocamento do equilíbrio no sentido que absorva calor, isto é, para a reação endotérmica. Por outro lado, a diminuição da temperatura favorecerá o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação exotérmica (reação que libera calor).

Para ajudar a visualizar como isso ocorre, vamos realizar um experimento que envolve o seguinte equilíbrio:

                                                                             NO2(g)   ↔   N2O4(g)
                                                                                                     “castanho       “incolor”
                                                                                                 
avermelhado”

Essa é uma reação de dimerização do dióxido de nitrogênio (NO2). A cada duas moléculas desse gás unidas, uma molécula de tetróxido de dinitrogênio (N2O4) é formada. Visto que esses gases apresentam cores diferentes, é possível visualizar facilmente se a reação está em equilíbrio ou se ela está deslocada para algum dos lados. Veja como:

Materiais e Reagentes:

* 1 cm de fio de cobre;

* Um balão volumétrico de 200 mL ou uma garrafa de vidro transparente com rolha;

* Ácido nítrico (HNO3) comercial concentrado;

* Um conta-gotas;

* Algum recipiente onde caiba o balão volumétrico;

* Água fervendo;

* Gelo.

Procedimento Experimental:

1. Coloque o pedaço de fio de cobre dentro da garrafa ou do balão volumétrico;

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2. Adicione 30 gotas de ácido nítrico, o que corresponde a 1,5 mL (20 gotas são 1 mL);

3. Feche bem e observe a formação do equilíbrio químico;

4. Agora coloque a garrafa no banho de gelo e observe;

5. Por último, coloque a garrafa na água fervendo e observe novamente o que acontece.

Resultados e Discussão:

O cobre metálico reage com o ácido nítrico a quente, em presença de oxigênio, e forma o dióxido de nitrogênio (NO2):

3 Cuo(s) + 8 HNO3(aq) → 3 Cu(NO3)2(aq) + 2 NO(g) + 4 H2O(l)
2 NO(g) + O2(g)2 NO2(g)

Na imagem abaixo são mostrados vários fios de cobre em solução de ácido nítrico. Veja a formação do dióxido de nitrogênio, o gás de cor castanho-avermelhada, parecida com a cor de um tijolo.

Reação entre cobre e ácido cítrico com formação do gás dióxido de nitrogênio
Reação entre cobre e ácido cítrico com formação do gás dióxido de nitrogênio

Assim que a reação começar no experimento em questão, essa cor do gás ficará bem forte no sistema, parecida com o aspecto da primeira garrafa da imagem inicial. Com o passar do tempo, porém, ocorrerão a dimerização do NO2 e a formação do N2O4, que é um gás incolor e, por isso, a intensidade da coloração do gás diminuirá, mas não chegará a ficar totalmente incolor, pois é uma reação reversível, ocorrendo reação também no sentido de formação do regente NO2. Assim, em temperatura ambiente, quando o sistema atingir o equilíbrio, a coloração do gás ficará parecida com a segunda garrafa da imagem inicial, um tom laranja mais claro.

Agora quando colocamos a garrafa no banho de gelo, observamos que o sistema vai ficando incolor. Pelo Princípio de Le Chatelier já mencionado, quando se diminui a temperatura, favorece-se o deslocamento do equilíbrio no sentido da reação exotérmica (reação que libera calor). No caso em questão, sabemos que é a reação direta, de formação do N2O4, pois ele é o gás incolor. Temos, então, que a obtenção do gás N2O4 é um processo exotérmico:

NO2(g) ↔ N2O4(g) ∆H < 0

Por outro lado, quando colocamos a garrafa na água fervendo, a coloração castanho-avermelhada fica mais intensa, mostrando que houve um deslocamento do equilíbrio no sentido da reação inversa, de formação do NO2, e que, portanto, essa reação é endotérmica.


Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

 

A reação de decomposição do dióxido de nitrogênio (NO2) em tetróxido de nitrogênio (N2O4) é reversível e estabelece um equilíbrio homogêneo
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